目的通過(guò)690合金管/405不銹鋼塊（線(xiàn)接觸）的切向微動(dòng)試驗(yàn),探究690合金管在不同法向載荷作用下的切向微動(dòng)磨損機(jī)制和損傷演變規(guī)律。方法采用自制的多功能復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī),研究法向載荷（10、20、40N）對(duì)690合金傳熱管/405不銹鋼抗振條的切向微動(dòng)磨損性能的影響。通過(guò)分析摩擦系數(shù)和耗散能,獲得試驗(yàn)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)信息,再通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡對(duì)磨痕進(jìn)行微觀(guān)分析,獲得其磨損機(jī)制以及損傷演變規(guī)律。結(jié)果當(dāng)位移幅值為100、200μm,法向載荷為10、20、40 N時(shí),690合金管/405不銹鋼塊的微動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)處于完全滑移區(qū)。隨著法向載荷的增加,摩擦耗散能和摩擦力增大,690合金管的損傷加劇,產(chǎn)生的磨屑增加,磨痕表面的剝落坑被磨屑覆蓋而減少,摩擦系數(shù)呈下降趨勢(shì)。沿微動(dòng)方向,690合金表面的磨損區(qū)域內(nèi)O、Fe、Ni和Cr的含量呈鋸齒變化;沿接觸方向,690合金管的磨損深度也呈現(xiàn)鋸齒狀,這都是690合金管和405不銹鋼塊均為非理想平面所致。結(jié)論總體而言,隨著法向載荷的增加,690合金管和405不銹鋼塊的磨損體積增加,690合金管主要的磨損機(jī)制為剝層和磨粒磨損。 

【文章來(lái)源】：表面技術(shù). 2020,49(11)北大核心

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多功能復(fù)合微動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)示意圖

第49卷第11期米雪等：690合金管在不同法向載荷下的切向微動(dòng)磨損性能研究·193·2試驗(yàn)結(jié)果和分析2.1Ft-D曲線(xiàn)分析當(dāng)D=100μm時(shí)，不同法向載荷下的摩擦力-位移曲線(xiàn)（Ft-D曲線(xiàn)）如圖2所示。Ft-D曲線(xiàn)為類(lèi)平行四邊形，表明微動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)處于完全滑移區(qū)[28]。由文獻(xiàn)[29]可知，微動(dòng)過(guò)程中，材料的損傷可以通過(guò)摩擦耗散能（Ei）來(lái)表征。耗散能即摩擦力所做的功，在Ft-D曲線(xiàn)圖中，每個(gè)循環(huán)的耗散能等于該循環(huán)對(duì)應(yīng)的Ft-D曲線(xiàn)所圍面積。由圖2可知，當(dāng)Fn=10N時(shí)，第1000個(gè)循環(huán)的摩擦耗散能最小，第100個(gè)循環(huán)和第5000個(gè)循環(huán)的耗散能接近。而當(dāng)Fn=20N和Fn=40N時(shí)，第100個(gè)循環(huán)的耗散能最小，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，耗散能均增加。值得注意的是，當(dāng)Fn=40N時(shí)，第1000個(gè)循環(huán)、第5000個(gè)循環(huán)和第10000個(gè)循環(huán)的耗散能之間差距較校此外，當(dāng)循環(huán)次數(shù)為5000和10000時(shí)，F(xiàn)n=20N的耗散能是Fn=10N的兩倍，而Fn=20N的耗散能大約是Fn=40N的1/2�？傮w而言，隨著法向載荷的增加，摩擦力和耗散能均增加，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，耗散能趨于穩(wěn)定。因此可以推測(cè)，隨著載荷的增加，690合金管和405不銹鋼塊的損傷加劇，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，每個(gè)循環(huán)的690合金管和405不銹鋼塊的損傷趨于穩(wěn)定。圖2不同法向載荷下的Ft-D曲線(xiàn)（D=100μm）Fig.2ResultsofFt-Dloopsunderdifferentnormalforce(D=100μm)2.2摩擦系數(shù)曲線(xiàn)分析不同載荷作用下690合金管/405不銹鋼塊的摩擦系數(shù)曲線(xiàn)如圖3所示。由圖3可知，在大約2000個(gè)循環(huán)之前，摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)波動(dòng)，可稱(chēng)為跑合期；在大約2000個(gè)循環(huán)之后，摩擦系數(shù)趨于穩(wěn)定，稱(chēng)為穩(wěn)定期。在切向微動(dòng)?

0N的兩倍，而Fn=20N的耗散能大約是Fn=40N的1/2�？傮w而言，隨著法向載荷的增加，摩擦力和耗散能均增加，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，耗散能趨于穩(wěn)定。因此可以推測(cè)，隨著載荷的增加，690合金管和405不銹鋼塊的損傷加劇，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，每個(gè)循環(huán)的690合金管和405不銹鋼塊的損傷趨于穩(wěn)定。圖2不同法向載荷下的Ft-D曲線(xiàn)（D=100μm）Fig.2ResultsofFt-Dloopsunderdifferentnormalforce(D=100μm)2.2摩擦系數(shù)曲線(xiàn)分析不同載荷作用下690合金管/405不銹鋼塊的摩擦系數(shù)曲線(xiàn)如圖3所示。由圖3可知，在大約2000個(gè)循環(huán)之前，摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)波動(dòng)，可稱(chēng)為跑合期；在大約2000個(gè)循環(huán)之后，摩擦系數(shù)趨于穩(wěn)定，稱(chēng)為穩(wěn)定期。在切向微動(dòng)試驗(yàn)的初始階段，接觸表面存在一層很薄的氧化物和污染物層，起到潤(rùn)滑作用，摩擦系數(shù)較校隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，氧化物和污染物層破裂，金屬基體材料直接接觸，接觸面的材料發(fā)生塑性變形和粘著轉(zhuǎn)移，摩擦系數(shù)急劇上升。同時(shí)，摩擦過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生磨屑，磨屑可起到承載和潤(rùn)滑的作用，從而降低摩擦系數(shù)。隨著磨損繼續(xù)進(jìn)行，磨屑的排出和形成達(dá)到相對(duì)平衡狀態(tài)，磨損達(dá)到穩(wěn)定階段，這與圖2的耗散能結(jié)果一致。由圖3還可知，在穩(wěn)定期，法向載荷為40N時(shí)的摩擦系數(shù)低于10、20N的值。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是法向載荷較大時(shí)，接觸界面間的排屑能力降低，殘留在接觸界面間的磨屑起承載和潤(rùn)滑作用，從而導(dǎo)致摩擦系數(shù)有所降低。當(dāng)D=100μm時(shí)，法向載荷為10N和20N下的摩擦系數(shù)基本相同，約為0.7；當(dāng)D=200μm時(shí)，10N下的摩擦系數(shù)明顯高于20N下的值。此外，D=200μm時(shí)的摩擦系數(shù)大于D=100μm的值，主要原因可能是隨著位移幅值的增加，接觸面積增大，摩擦系數(shù)升高。

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本文編號(hào)：3045413